[发明专利]一种基于三维立体成像的远程水域检测系统和方法

权利要求书

1.一种基于三维立体成像的远程水域检测系统，其特征在于，包括：远程遥控平台、数据采集设备、微控制器、无线传输设备、超宽带定位设备和上位机终端；

所述微控制器、数据采集设备均搭载在远程遥控平台上，所述数据采集设备、超宽带定位设备均和微控制器连接，所述微控制器还通过无线传输设备和上位机终端连接；当需要对水域情况进行检测时，遥控远程遥控平台行进到待测水域，所述微控制器控制数据采集设备采集待测水域的数据，所述超宽带定位设备测量远程遥控平台的位置信息，所述无线传输设备将远程遥控平台的位置信息和数据采集设备采集的数据传输至上位机终端，所述上位机终端对所述远程遥控平台的位置信息和采集的数据进行处理得出远程遥控平台的实时坐标，并根据所述实时坐标对待测水域周围地貌进行三维立体成像；所述上位机终端设置在地面。

2.根据权利要求1所述的基于三维立体成像的远程水域检测系统，其特征在于：所述超宽带定位设备包括定位标签和N个定位基站，N个定位基站分散设置在待测水域附近的岸边，所述定位标签设置在远程遥控平台上，N≥2。

3.根据权利要求1所述的基于三维立体成像的远程水域检测系统，其特征在于：所述数据采集设备包括超声波水深检测仪、惯性导航仪、温度传感器；

所述超声波水深检测仪，用于测量待测水域处的水深；

所述惯性导航仪，用于测量远程遥控平台的航向角、横滚角和俯仰角；

所述温度传感器仪，用于测量待测水域处的水温。

4.根据权利要求3所述的基于三维立体成像的远程水域检测系统，其特征在于，所述超声波水深检测仪为水声换能器或者单波束换能仪；所述远程遥控平台为无人船。

5.根据权利要求1所述的基于三维立体成像的远程水域检测系统，其特征在于：所述无线传输设备包括无线数据连接的发送电台和接收电台，所述发送电台设置在远程遥控平台上，和微控制器连接；所述发送电台和接收电台无线通信，所述接收电台设置在地面，和上位机终端连接。

6.一种基于权利要求2-5任一项所述的基于三维立体成像的远程水域检测系统的检测方法，其特征在于，包括：

S1，将超宽带定位设备的定位基站固定在待测水域附近的岸边，启动远程遥控平台；

S2，远程遥控平台到达待测水域周围，所述数据采集设备采集数据，所述超宽带定位设备测量远程遥控平台的位置信息；

S3，所述无线传输设备将位置信息和数据采集设备采集的数据传输至上位机终端；

S4，上位机终端利用误差修正算法和定位算法对所述位置信息和数据采集设备采集的数据进行处理并得出船体的实时坐标，并根据所述实时坐标对待测水域周围地貌进行三维立体成像。

7.根据权利要求6所述的基于三维立体成像的远程水域检测系统，其特征在于，所述数据采集设备包括超声波水深检测仪、惯性导航仪、温度传感器，步骤S2包括：

超声波水深检测仪发出超声波，并接收经水底反射回来的声波信息，得到未修正的水位高度数据；惯性导航读回船体的航向角Pitch、滚转角Roll和俯仰角Yaw数值；温度传感器测量水温。

8.根据权利要求7所述的基于三维立体成像的远程水域检测系统，其特征在于，步骤S3包括：

微控制器将水位高度数据、航向角Pitch、滚转角Roll、俯仰角Yaw数值、水温及远程遥控平台位置信息封装成数据帧后，所述无线传输设备将所述数据帧的传输至上位机终端。

9.根据权利要求8所述的基于三维立体成像的远程水域检测系统，其特征在于，步骤S4包括：

上位机终端对所述数据帧进行解析，经误差修正算法和定位算法处理后，得出船体的实时坐标；根据所述实时坐标利用C#、Matlab的混编功能以及Matlab的3D绘图功能绘制对待测水域地貌的三维立体图像。

10.根据权利要求6所述的基于三维立体成像的远程水域检测系统，其特征在于，所述超宽带定位设备测量远程遥控平台的位置信息的步骤包括：

超宽带定位设备的定位基站将基站坐标发送至为控制器，微控制器基于定位算法对基站坐标和标签坐标进行处理，得到远程遥控平台的位置信息；

其中，微控制器基于定于算法对基站坐标和标签坐标进行处理的步骤包括：

根据基站坐标，建立基站坐标系，在坐标系内应用Min-Max定位算法，其中，Min-Max定位算法中的参考节点为定位基站，盲节点为标签；

根据定位标签与各定位基站间的距离、基站坐标，通过Min-Max定位算法解得定位标签的坐标；

将定位标签坐标加上水声换能器测得的水深数据即为该空间坐标系中，测量点的位置信息。